ТЕЦ. Отоплителни централи (ТЕЦ) ТЕЦ

За по-добро изгаряне на газта, котлите са оборудвани с тяга. Към котела се подава въздух, който служи като окислител по време на изгарянето на газ. За да се намалят нивата на шума, механизмите са оборудвани с шумопотискащи устройства. Димните газове, генерирани при изгарянето на горивото, се изхвърлят в комина и се разпръскват в атмосферата.

Горещият газ се втурва през димоотвода и загрява водата, преминаваща през специални котелни тръби. При нагряване водата се превръща в прегрята пара, която влиза в парната турбина. Парата влиза в турбината и започва да върти лопатките на турбината, които са свързани към ротора на генератора. Енергията на парата се преобразува в механична енергия. В генератора механичната енергия се преобразува в електрическа, роторът продължава да се върти, създавайки променлив електрически ток в намотките на статора.

Чрез повишаващ трансформатор и понижаващ трансформаторен пост електричеството се доставя на потребителите чрез електропроводи. Парата, изтощена в турбината, се изпраща в кондензатора, където се превръща във вода и се връща в котела. В ТЕЦ водата се движи в кръг. Охладителните кули са предназначени за охлаждане на вода. Когенерационните централи използват вентилаторни и кулови охладителни кули. Водата в охладителните кули се охлажда от атмосферния въздух. В резултат на това се отделя пара, която виждаме над охладителната кула под формата на облаци. Водата в охладителните кули се издига под налягане и пада като водопад в предната камера, откъдето се връща обратно към топлоелектрическата централа. За да се намали увличането на капки, охладителните кули са оборудвани с водоуловители.

Водоснабдяването се осигурява от река Москва. В сградата за химическо пречистване водата се пречиства от механични примеси и се подава към групи от филтри. В някои се приготвя до ниво на пречистена вода за захранване на отоплителната мрежа, в други - до ниво на деминерализирана вода и се използва за захранване на енергийни блокове.

Затворен е и цикълът за топла вода и парно отопление. Част от парата от парната турбина се насочва към бойлерите. След това горещата вода се изпраща до топлинни точки, където се извършва топлообмен с вода, идваща от къщите.

Висококвалифицирани специалисти на Mosenergo поддържат производствения процес денонощно, осигурявайки огромния метрополис с електричество и топлина.

Как работи агрегатът с комбиниран цикъл?

Какво е това и какви са принципите на работа на топлоелектрическите централи? Общото определение на такива обекти звучи приблизително по следния начин - това са електроцентрали, които преработват естествената енергия в електрическа енергия. За тези цели се използва и гориво от естествен произход.

Принципът на работа на топлоелектрическите централи. Кратко описание

Днес точно в такива съоръжения е най-разпространено горенето, при което се отделя топлинна енергия. Задачата на топлоелектрическите централи е да използват тази енергия за производство на електрическа енергия.

Принципът на работа на топлоелектрическите централи е не само генерирането, но и производството на топлинна енергия, която също се доставя на потребителите под формата на топла вода, например. Освен това тези енергийни съоръжения генерират около 76% от цялата електроенергия. Това широко разпространено използване се дължи на факта, че наличието на изкопаеми горива за работата на станцията е доста високо. Втората причина беше, че транспортирането на гориво от мястото на добива му до самата станция е доста проста и рационализирана операция. Принципът на работа на топлоелектрическите централи е проектиран по такъв начин, че е възможно да се използва отпадъчната топлина на работния флуид за вторичното му доставяне на потребителя.

Разделяне на станциите по тип

Заслужава да се отбележи, че топлинните станции могат да бъдат разделени на видове в зависимост от вида на топлината, която произвеждат. Ако принципът на работа на топлоелектрическата централа е само да произвежда електрическа енергия (т.е. не доставя топлинна енергия на потребителя), тогава тя се нарича кондензационна електроцентрала (КЕС).

Съоръженията, предназначени за производство на електрическа енергия, за снабдяване с пара, както и снабдяване с топла вода на потребителите, имат парни турбини вместо кондензационни. Също така в такива елементи на станцията има междинно извличане на пара или устройство за обратно налягане. Основното предимство и принцип на работа на този тип ТЕЦ е, че отпадъчната пара се използва и като източник на топлина и се доставя на потребителите. Това намалява загубата на топлина и количеството охлаждаща вода.

Основни принципи на работа на топлоелектрически централи

Преди да преминете към разглеждане на самия принцип на работа, е необходимо да разберете за какъв вид станция говорим. Стандартният дизайн на такива съоръжения включва система като междинно прегряване на пара. Това е необходимо, защото топлинната ефективност на верига с междинно прегряване ще бъде по-висока, отколкото в система без него. С прости думи, принципът на работа на топлоелектрическа централа с такава схема ще бъде много по-ефективен при същите начални и крайни зададени параметри, отколкото без нея. От всичко това можем да заключим, че в основата на работата на станцията е органично гориво и нагрят въздух.

Схема на работа

Принципът на работа на топлоелектрическата централа е изграден по следния начин. Горивният материал, както и окислителят, чиято роля най-често се играе от нагрят въздух, се подава в непрекъснат поток в пещта на котела. Вещества като въглища, нефт, мазут, газ, шисти и торф могат да действат като гориво. Ако говорим за най-разпространеното гориво на територията на Руската федерация, това е въглищен прах. Освен това принципът на работа на топлоелектрическите централи е конструиран по такъв начин, че топлината, генерирана от изгарянето на гориво, загрява водата в парния котел. В резултат на нагряване течността се превръща в наситена пара, която навлиза в парната турбина през изхода за пара. Основната цел на това устройство в станцията е да преобразува енергията на входящата пара в механична енергия.

Всички елементи на турбината, които могат да се движат, са тясно свързани с вала, в резултат на което се въртят като един механизъм. За да накара вала да се върти, парна турбина предава кинетичната енергия на парата към ротора.

Механична част на станцията

Конструкцията и принципът на работа на топлоелектрическата централа в нейната механична част е свързана с работата на ротора. Парата, която идва от турбината, има много високо налягане и температура. Поради това се създава висока вътрешна енергия на парата, която тече от котела в дюзите на турбината. Струи пара, преминаващи през дюзата в непрекъснат поток, с висока скорост, която често е дори по-висока от скоростта на звука, действат върху лопатките на турбината. Тези елементи са здраво закрепени към диска, който от своя страна е тясно свързан с вала. В този момент механичната енергия на парата се преобразува в механичната енергия на роторните турбини. Ако говорим по-точно за принципа на работа на топлоелектрическите централи, тогава механичното въздействие засяга ротора на турбогенератора. Това се дължи на факта, че валът на конвенционалния ротор и генераторът са плътно свързани един с друг. И тогава има доста добре познат, прост и разбираем процес на преобразуване на механична енергия в електрическа енергия в устройство като генератор.

Движение на парата след ротора

След като водната пара премине през турбината, налягането и температурата й спадат значително и тя навлиза в следващата част на станцията – кондензатора. Вътре в този елемент парата се превръща обратно в течност. За да изпълни тази задача, вътре в кондензатора има охлаждаща вода, която се подава там през тръби, минаващи вътре в стените на устройството. След като парата се превърне обратно във вода, тя се изпомпва от кондензна помпа и постъпва в следващото отделение - обезвъздушителя. Също така е важно да се отбележи, че изпомпваната вода преминава през регенеративни нагреватели.

Основната задача на обезвъздушителя е да отстрани газовете от входящата вода. Едновременно с операцията по почистване течността се нагрява по същия начин, както при регенеративните нагреватели. За целта се използва топлината на парата, която се отнема от това, което отива в турбината. Основната цел на операцията по обезвъздушаване е да се намали съдържанието на кислород и въглероден диоксид в течността до приемливи стойности. Това помага да се намали скоростта на корозия по пътищата, през които се доставят вода и пара.

Станции за въглища

Има голяма зависимост на принципа на работа на топлоелектрическите централи от вида на използваното гориво. От технологична гледна точка най-трудното вещество за изпълнение са въглищата. Въпреки това суровините са основният източник на енергия в такива съоръжения, чийто брой е приблизително 30% от общия дял на станциите. Освен това се планира да се увеличи броят на такива обекти. Също така си струва да се отбележи, че броят на функционалните отделения, необходими за работата на станцията, е много по-голям от този на други видове.

Как топлоелектрическите централи работят на въглищно гориво?

За да работи станцията непрекъснато, по железопътните релси постоянно се вкарват въглища, които се разтоварват със специални разтоварващи устройства. След това има елементи като например, през които разтоварените въглища се доставят в склада. След това горивото влиза в трошачната инсталация. Ако е необходимо, е възможно да се заобиколи процеса на доставка на въглища до склада и да се прехвърли директно в трошачките от устройствата за разтоварване. След преминаване на този етап, натрошените суровини влизат в бункера за сурови въглища. Следващата стъпка е подаването на материала чрез захранващи устройства към мелниците за въглищен прах. След това въглищният прах, използвайки метод за пневматично транспортиране, се подава в бункера за въглищен прах. По този път веществото заобикаля елементи като сепаратор и циклон и от бункера вече тече през захранващите устройства директно към горелките. Въздухът, преминаващ през циклона, се засмуква от вентилатора на мелницата и след това се подава в горивната камера на котела.

Освен това движението на газа изглежда приблизително както следва. Летливото вещество, образувано в камерата на горивния котел, преминава последователно през такива устройства като газовите канали на котелната централа, след което, ако се използва система за повторно нагряване на пара, газът се подава към първичния и вторичния прегревател. В това отделение, както и във водния економайзер, газът отдава топлината си за загряване на работния флуид. След това се монтира елемент, наречен прегревател на въздуха. Тук топлинната енергия на газа се използва за загряване на входящия въздух. След като премине през всички тези елементи, летливото вещество преминава в пепел колектора, където се почиства от пепелта. След това димните помпи изтеглят газа и го освобождават в атмосферата с помощта на газова тръба.

Топлоелектрически централи и атомни електроцентрали

Доста често възниква въпросът какво е общото между топлоелектрическите централи и дали има прилики в принципите на работа на ТЕЦ и АЕЦ.

Ако говорим за техните прилики, има няколко от тях. Първо, и двете са изградени по такъв начин, че за работата си използват природен ресурс, който е изкопаем и се отделя. Освен това може да се отбележи, че и двата обекта са насочени към генериране не само на електрическа енергия, но и на топлинна енергия. Приликите в принципите на работа се крият и във факта, че топлоелектрическите и атомните електроцентрали имат турбини и парогенератори, включени в процеса на работа. Освен това има само някои разлики. Те включват факта, че например цената на строителството и електроенергията, получена от топлоелектрическите централи, е много по-ниска, отколкото от атомните електроцентрали. Но, от друга страна, атомните електроцентрали не замърсяват атмосферата, стига отпадъците да се изхвърлят правилно и да няма аварии. Докато топлоелектрическите централи, поради своя принцип на работа, постоянно отделят вредни вещества в атмосферата.

Тук се крие основната разлика в работата на атомните електроцентрали и топлоелектрическите централи. Ако в топлинните съоръжения топлинната енергия от изгарянето на гориво най-често се прехвърля във вода или се превръща в пара, то в атомните електроцентрали енергията се взема от деленето на уранови атоми. Получената енергия се използва за нагряване на различни вещества и водата тук се използва доста рядко. Освен това всички вещества се съдържат в затворени, запечатани вериги.

Топлофикация

При някои топлоелектрически централи проектът им може да включва система, която да управлява отоплението на самата централа, както и на съседното селище, ако има такова. Към мрежовите нагреватели на тази инсталация се отвежда пара от турбината, като има и специална линия за отстраняване на конденза. Водоснабдяването и отвеждането се извършва чрез специална тръбопроводна система. Електрическата енергия, която ще бъде генерирана по този начин, се отнема от електрическия генератор и се предава на потребителя, преминавайки през повишаващи трансформатори.

Основно оборудване

Ако говорим за основните елементи, работещи в топлоелектрически централи, това са котелни, както и турбинни агрегати, свързани с електрически генератор и кондензатор. Основната разлика между основното оборудване и допълнителното оборудване е, че има стандартни параметри по отношение на неговата мощност, производителност, параметри на парата, както и напрежение и ток и др. Може също да се отбележи, че видът и броят на основните елементи се избират в зависимост от това колко мощност трябва да се получи от една топлоелектрическа централа, както и от нейния режим на работа. Анимация на принципа на работа на топлоелектрическите централи може да помогне за по-подробното разбиране на този въпрос.

Основният тип електроцентрали в Русия са топлоелектрическите централи (CHP). Тези инсталации генерират приблизително 67% от електроенергията в Русия. Разположението им се влияе от факторите на горивото и потреблението. Най-мощните електроцентрали са разположени на места, където се произвежда гориво. Топлоелектрическите централи, използващи висококалорично транспортируемо гориво, са насочени към потребителите.

Топлоелектрическите централи използват широко достъпни горивни ресурси, разположени са сравнително свободно и могат да генерират електроенергия без сезонни колебания. Изграждането им се извършва бързо и включва по-малко разходи за труд и материали. Но ТЕЦ има значителни недостатъци. Те използват невъзобновяеми ресурси, имат ниска ефективност (30-35%) и имат изключително негативно въздействие върху околната среда. Топлоелектрическите централи по света отделят годишно 200-250 милиона тона пепел и около 60 милиона тона серен диоксид 6 в атмосферата, а също така абсорбират огромни количества кислород. Установено е, че въглищата в микродози почти винаги съдържат U 238, Th 232 и радиоактивен въглероден изотоп. Повечето топлоелектрически централи в Русия не са оборудвани с ефективни системи за пречистване на димните газове от серни и азотни оксиди. Въпреки че инсталациите, работещи с природен газ, са много по-чисти от гледна точка на околната среда от инсталациите за въглища, шисти и мазут, инсталирането на газопроводи (особено в северните райони) вреди на околната среда.

ТЕЦе комплекс от оборудване и устройства, които преобразуват енергията на горивото в електрическа и (като цяло) топлинна енергия.

Топлоелектрическите централи се характеризират с голямо разнообразие и могат да бъдат класифицирани по различни критерии.

1. Според предназначението и вида на доставяната енергия електроцентралите се делят на регионални и индустриални.

Районните електроцентрали са независими обществени електроцентрали, които обслужват всички видове потребители в района (промишлени предприятия, транспорт, население и др.). Районните кондензационни електроцентрали, които произвеждат основно електроенергия, често запазват историческото си име - GRES (държавни районни електроцентрали). Електрическите централи, които произвеждат електрическа и топлинна енергия (под формата на пара или гореща вода), се наричат ​​централи за комбинирано производство на топлинна и електрическа енергия (CHP). Когенерационните централи са инсталации за комбинирано производство на електроенергия и топлина. Тяхната ефективност достига 70% срещу 30-35% за IES. Когенерационните централи са обвързани с потребителите, т.к Радиусът на топлообмен (пара, гореща вода) е 15-20 км. Максималната мощност на когенерационна инсталация е по-малка от тази на когенерационната централа.

По правило държавните районни електроцентрали и районните топлоелектрически централи имат мощност над 1 милион kW.

Индустриалните електроцентрали са електроцентрали, които доставят топлинна и електрическа енергия на конкретни производствени предприятия или техния комплекс, например завод за химическо производство. Индустриалните електроцентрали са част от индустриалните предприятия, които обслужват. Техният капацитет се определя от нуждите на промишлените предприятия от топлинна и електрическа енергия и като правило е значително по-малък от този на районните ТЕЦ. Често промишлените електроцентрали работят в общата електрическа мрежа, но не са подчинени на диспечера на електроенергийната система. По-долу са разгледани само районните електроцентрали.

2. Въз основа на вида на използваното гориво топлоелектрическите централи се разделят на електроцентрали, работещи с органично гориво и ядрено гориво.

Наричат ​​се топлоелектрически централи, работещи с изкопаеми горива кондензационни електроцентрали (CPS). Ядреното гориво се използва в атомните електроцентрали (АЕЦ). Именно в този смисъл този термин ще бъде използван по-долу, въпреки че топлоелектрическите централи, атомните електроцентрали, газотурбинните електроцентрали (GTPP) и електроцентралите с комбиниран цикъл (CGPP) също са топлоелектрически централи, работещи на принципа на преобразуване на топлинна енергия. енергия в електрическа енергия.

Основна роля сред топлинните инсталации играят кондензационните електроцентрали (CPS). Те гравитират както към източниците на гориво, така и към потребителите, поради което са много разпространени. Колкото по-голям е IES, толкова по-далеч може да предава електричество, т.е. С увеличаване на мощността се увеличава влиянието на фактора гориво и енергия.

Като органично гориво за ТЕЦ се използват газообразни, течни и твърди горива. Фокусът върху горивните бази възниква при наличието на евтини и непреносими горивни ресурси (кафяви въглища от Канско-Ачинския басейн) или в случай на електроцентрали, използващи торф, шисти и мазут (такива CPP обикновено се свързват с центрове за рафиниране на нефт ). Повечето топлоелектрически централи в Русия, особено в европейската част, консумират природен газ като основно гориво и мазут като резервно гориво, като последното се използва поради високата му цена само в крайни случаи; Такива топлоелектрически централи се наричат ​​газомаслени електроцентрали. В много региони, главно в азиатската част на Русия, основното гориво са топлинните въглища - нискокалорични въглища или висококалорични въглищни отпадъци (антрацитни въглища - AS). Тъй като преди изгарянето такива въглища се смилат в специални мелници до прахообразно състояние, такива топлоелектрически централи се наричат ​​въглищен прах.

3. Въз основа на вида на топлоелектрическите централи, използвани в топлоелектрическите централи за преобразуване на топлинната енергия в механична енергия на въртене на роторите на турбинните агрегати, се разграничават парни турбини, газови турбини и електроцентрали с комбиниран цикъл.

Основата на парните турбинни електроцентрали са парните турбинни агрегати (STU), които използват най-сложната, най-мощна и изключително модерна енергийна машина - парна турбина - за преобразуване на топлинната енергия в механична енергия. PTU е основният елемент на топлоелектрически централи, комбинирани топлоелектрически централи и атомни електроцентрали.

Газотурбинни топлоелектрически централи (ГТЕЦ)са оборудвани с газотурбинни агрегати (GTU), работещи с газообразно или, в краен случай, течно (дизелово) гориво. Тъй като температурата на газовете зад газовата турбина е доста висока, те могат да се използват за доставка на топлинна енергия на външни потребители. Такива електроцентрали се наричат ​​GTU-CHP. В момента в Русия има една газотурбинна електроцентрала (GRES-3 на името на Klasson, Електрогорск, Московска област) с мощност 600 MW и една газотурбинна когенерационна централа (в град Електростал, Московска област).

ТЕЦ с комбиниран цикълса оборудвани с газови турбини с комбиниран цикъл (CCGT), които са комбинация от газови турбини и парни турбини, което позволява висока ефективност. Инсталациите CCGT-CHP могат да бъдат проектирани като кондензационни инсталации (CCP-CHP) и с топлинна енергия (CCP-CHP). В Русия има само една действаща CCGT-CHP (PGU-450T) с мощност 450 MW. В Държавната районна електроцентрала Невинномисск работи енергоблок ПГУ-170 с мощност 170 MW, а в Южната топлоелектрическа централа на Санкт Петербург има енергоблок ПГУ-300 с мощност 300 MW.

4. Според технологичната схема на паропроводите топлоелектрическите централи се разделят на блокови топлоелектрически централи и топлоелектрически централи с кръстосани връзки.

Модулните топлоелектрически централи се състоят от отделни, обикновено еднотипни, електроцентрали - енергийни блокове. В енергоблока всеки котел подава пара само към своята турбина, от която се връща след кондензация само към своя котел. Всички мощни държавни централи и ТЕЦ, които имат така нареченото междинно прегряване на парата, се изграждат по блокова схема. Работата на котли и турбини в топлоелектрически централи с кръстосани връзки се осигурява по различен начин: всички котли на топлоелектрическата централа подават пара към един общ паропровод (колектор) и всички парни турбини на топлоелектрическата централа се захранват от него. По тази схема се изграждат КЕС без междинно прегряване и почти всички когенерационни инсталации с подкритични начални параметри на парата.

5. Въз основа на нивото на първоначалното налягане се разграничават топлоелектрически централи с подкритично налягане и суперкритично налягане (SCP).

Критичното налягане е 22,1 MPa (225,6 at). В руската топлоенергетика първоначалните параметри са стандартизирани: топлоелектрическите централи и комбинираните топло- и електрически централи са изградени за подкритично налягане от 8,8 и 12,8 MPa (90 и 130 atm), а за SKD - 23,5 MPa (240 atm) . ТЕЦ със свръхкритични параметри по технически причини се изпълняват с междинно прегряване и по блокова схема. Често топлоелектрическите централи или централите за комбинирано производство на топло и електрическа енергия се изграждат на няколко етапа – на опашки, чиито параметри се подобряват с въвеждането на всяка нова фаза.

Нека разгледаме типична кондензационна топлоелектрическа централа, работеща с органично гориво (фиг. 3.1).

Ориз. 3.1. Топлинен баланс на газьол и

въглищен прах (цифри в скоби) ТЕЦ

Горивото се подава към котела и за изгарянето му тук се подава окислител - въздух, съдържащ кислород. Въздухът се взема от атмосферата. В зависимост от състава и топлината на изгаряне, пълното изгаряне на 1 kg гориво изисква 10-15 kg въздух и по този начин въздухът също е естествена „суровина“ за производството на електроенергия, за доставката на която до горенето зона е необходимо да има мощни високопроизводителни компресори. В резултат на химическата реакция на горене, при която въглеродът С на горивото се превръща в оксиди CO 2 и CO, водородът H 2 във водна пара H 2 O, сярата S в оксиди SO 2 и SO 3 и т.н., изгарянето на горивото образуват се продукти – смес от различни високотемпературни газове. Именно топлинната енергия на продуктите от изгарянето на горивото е източникът на електроенергия, генерирана от топлоелектрическите централи.

След това вътре в котела топлината се прехвърля от димните газове към водата, движеща се вътре в тръбите. За съжаление, не цялата топлинна енергия, освободена в резултат на изгарянето на горивото, може да бъде прехвърлена на вода поради технически и икономически причини. Продуктите от изгарянето на горивото (димните газове), охладени до температура 130–160 °C, напускат топлоелектрическата централа през комина. Частта от топлината, отнесена от димните газове, в зависимост от вида на използваното гориво, режима на работа и качеството на работа, е 5–15%.

Част от топлинната енергия, останала вътре в котела и прехвърлена към водата, осигурява образуването на пара с високи начални параметри. Тази пара се изпраща към парна турбина. На изхода на турбината се поддържа дълбок вакуум с помощта на устройство, наречено кондензатор: налягането зад парната турбина е 3–8 kPa (припомнете си, че атмосферното налягане е на ниво от 100 kPa). Следователно парата, влизаща в турбината с високо налягане, се придвижва към кондензатора, където налягането е ниско, и се разширява. Именно разширяването на парата осигурява превръщането на нейната потенциална енергия в механична работа. Парната турбина е проектирана по такъв начин, че енергията на разширяване на парата се преобразува във въртене на нейния ротор. Роторът на турбината е свързан с ротора на електрически генератор, в чиито статорни намотки се генерира електрическа енергия, която е крайният полезен продукт (стока) от работата на топлоелектрическата централа.

Кондензаторът, който не само осигурява ниско налягане зад турбината, но също така кара парата да кондензира (превръща се във вода), изисква големи количества студена вода, за да работи. Това е третият вид „суровина“, доставяна на ТЕЦ, а за работата на ТЕЦ е не по-малко важна от горивото. Следователно топлоелектрическите централи се изграждат или в близост до съществуващи естествени водоизточници (река, море), или се изграждат изкуствени източници (хладилни басейни, охладителни кули и др.).

Основната загуба на топлина в топлоелектрическите централи се дължи на преноса на кондензационна топлина към охлаждащата вода, която след това я освобождава в околната среда. Повече от 50% от топлината, подадена към ТЕЦ с гориво, се губи с топлината на охлаждащата вода. Освен това резултатът е топлинно замърсяване на околната среда.

Част от топлинната енергия на горивото се консумира вътре в топлоелектрическата централа или под формата на топлина (например за загряване на мазут, доставен в топлоелектрическата централа в гъста форма в железопътни цистерни), или под формата на електричество ( например за задвижване на електрически двигатели за помпи за различни цели). Тази част от загубите се нарича собствени нужди.

За нормалната работа на топлоелектрическите централи, в допълнение към "суровините" (гориво, охлаждаща вода, въздух), са необходими много други материали: масло за работа на системи за смазване, регулиране и защита на турбините, реагенти (смоли) за почистване на работната течност, множество ремонтни материали.

И накрая, мощните топлоелектрически централи се обслужват от голям брой персонал, който осигурява текуща експлоатация, поддръжка на оборудването, анализ на технически и икономически показатели, доставка, управление и др. Приблизително можем да приемем, че 1 MW инсталирана мощност изисква 1 човек и следователно персоналът на мощна топлоелектрическа централа е няколко хиляди души. Всяка кондензационна парна турбина включва четири задължителни елемента:

· енергиен котел или просто котел, в който се подава захранваща вода под високо налягане, гориво и атмосферен въздух за изгаряне. В пещта на котела протича процесът на горене - химическата енергия на горивото се преобразува в топлинна и лъчиста енергия. Захранващата вода протича през тръбна система, разположена вътре в котела. Горящото гориво е мощен източник на топлина, която се предава на захранващата вода. Последният се нагрява до точка на кипене и се изпарява. Получената пара в същия котел се прегрява над точката на кипене. Тази пара с температура 540 ° C и налягане 13–24 MPa се подава към парна турбина през един или повече тръбопроводи;

· турбинен агрегат, състоящ се от парна турбина, електрически генератор и възбудител. Парна турбина, в която парата се разширява до много ниско налягане (около 20 пъти по-малко от атмосферното налягане), преобразува потенциалната енергия на компресираната и нагрята пара в кинетична енергия на въртене на ротора на турбината. Турбината задвижва електрически генератор, който преобразува кинетичната енергия на въртене на ротора на генератора в електрически ток. Електрическият генератор се състои от статор, в чиито електрически намотки се генерира ток, и ротор, който е въртящ се електромагнит, захранван от възбудител;

· Кондензаторът служи за кондензиране на парата, идваща от турбината и създаване на дълбок вакуум. Това дава възможност много значително да се намали консумацията на енергия за последващото компресиране на получената вода и в същото време да се увеличи ефективността на парата, т.е. получавате повече мощност от парата, генерирана от котела;

· захранваща помпа за подаване на захранваща вода към котела и създаване на високо налягане пред турбината.

По този начин в PTU се извършва непрекъснат цикъл на преобразуване на химическата енергия на изгореното гориво в електрическа енергия върху работния флуид.

В допълнение към изброените елементи, истинският STP допълнително съдържа голям брой помпи, топлообменници и други устройства, необходими за повишаване на неговата ефективност. Технологичният процес за производство на електроенергия в газова топлоелектрическа централа е показан на фиг. 3.2.

Основните елементи на разглежданата електроцентрала (фиг. 3.2) са котелна инсталация, която произвежда пара с високи параметри; турбина или парна турбина, която преобразува топлината на парата в механична енергия на въртене на ротора на турбината и електрически устройства (електрически генератор, трансформатор и др.), които осигуряват генериране на електроенергия.

Основният елемент на котелната инсталация е котелът. Газът за работа на котела се доставя от газоразпределителна станция, свързана към главния газопровод (не е показан на фигурата) до газоразпределителна точка (GDP) 1. Тук налягането му се намалява до няколко атмосфери и се подава към горелките 2 разположени в дъното на котела (такива горелки се наричат ​​горелки с огнище).

Ориз. 3.2. Технологичен процес на производство на електроенергия в газови топлоелектрически централи

Самият котел е U-образна конструкция с газопроводи с правоъгълно напречно сечение. Лявата му част се нарича камина. Вътрешността на горивната камера е свободна и в нея гори гориво, в случая газ. За да направите това, специален вентилатор 28 непрекъснато подава горещ въздух към горелките, загрят във въздушния нагревател 25. На фиг. Фигура 3.2 показва така наречения въртящ се въздухонагревател, чиято топлоакумулираща опаковка се нагрява от отработените димни газове през първата половина на оборота, а през втората половина на оборота загрява въздуха, идващ от атмосферата. За повишаване на температурата на въздуха се използва рециркулация: част от димните газове, напускащи котела, се използват от специален вентилатор за рециркулация 29 се подава към основния въздух и се смесва с него. Горещият въздух се смесва с газ и се подава през горелките на котела в горивната камера - камерата, в която гори горивото. При изгаряне се образува факла, която е мощен източник на лъчиста енергия. По този начин, когато горивото гори, неговата химическа енергия се преобразува в топлинна и лъчиста енергия на факела.

Стените на пещта са облицовани с екрани 19 - тръби, към които се подава захранваща вода от економайзер 24. Диаграмата показва така наречения котел с директен поток, в екраните на който захранващата вода преминава през тръбопроводната система на котела само веднъж , се нагрява и изпарява, превръщайки се в суха наситена пара. Широко използвани са барабанни котли, в екраните на които многократно циркулира захранващата вода, а парата се отделя от котелната вода в барабана.

Пространството зад горивната камера на котела е доста плътно запълнено с тръби, вътре в които се движи пара или вода. Отвън тези тръби се измиват от горещи димни газове, които постепенно се охлаждат, докато се движат към комина 26.

Сухата наситена пара постъпва в основния паропрегревател, състоящ се от таван 20, екран 21 и конвективни 22 елементи. В главния прегревател неговата температура и следователно потенциалната енергия се повишава. Парата с високи параметри, получена на изхода на конвективния паропрегревател, напуска котела и по паропровод навлиза в парната турбина.

Мощната парна турбина обикновено се състои от няколко отделни турбини - цилиндри.

17 парата се подава към първия цилиндър - цилиндъра за високо налягане (HPC) директно от котела, поради което той има високи параметри (за SKD турбини - 23,5 MPa, 540 °C, т.е. 240 at/540 °C). На изхода от HPC налягането на парата е 3–3,5 MPa (30–35 at), а температурата е 300–340 ° C. Ако парата продължи да се разширява в турбината над тези параметри до налягането в кондензатора, тя ще стане толкова влажна, че дългосрочната работа на турбината ще бъде невъзможна поради ерозионно износване на нейните части в последния цилиндър. Следователно от HPC относително студената пара се връща обратно в котела в така наречения междинен прегревател 23. В него парата отново попада под въздействието на горещите газове на котела, температурата му се повишава до първоначалната (540 °С). °C). Получената пара се изпраща в цилиндър със средно налягане (MPC) 16. След разширяване в MPC до налягане от 0,2–0,3 MPa (2–3 at) парата влиза в един или повече идентични цилиндри с ниско налягане (LPC) 15.

Така, разширявайки се в турбината, парата върти своя ротор, свързан с ротора на електрическия генератор 14, в статорните намотки на който се генерира електрически ток. Трансформаторът повишава напрежението си, за да намали загубите в електропроводите, прехвърля част от генерираната енергия за захранване на собствените нужди на топлоелектрическата централа, а останалата част от електроенергията отдава в електроенергийната система.

Както котелът, така и турбината могат да работят само с много висококачествена захранваща вода и пара, допускащи само незначителни примеси от други вещества. Освен това консумацията на пара е огромна (например в енергоблок от 1200 MW повече от 1 тон вода се изпарява, преминава през турбината и кондензира за 1 секунда). Следователно нормалната работа на силовия агрегат е възможна само чрез създаване на затворен цикъл на циркулация на работния флуид с висока чистота.

Парата, напускаща турбината LPC, влиза в кондензатор 12 - топлообменник, през тръбите на който непрекъснато тече охлаждаща вода, доставяна от циркулационна помпа 9 от река, резервоар или специално охлаждащо устройство (охладителна кула).

Охладителната кула е стоманобетонна куха изпускателна кула (фиг. 3.3) с височина до 150 m и диаметър на изхода 40–70 m, което създава гравитация за въздух, влизащ отдолу през въздуховодни панели.

Вътре в охладителната кула на височина 10–20 m е монтирано устройство за напояване (пръскачка). Въздухът, който се движи нагоре, кара някои от капчиците (приблизително 1,5–2%) да се изпарят, като по този начин охлажда водата, идваща от кондензатора и нагрята в него. Охладената вода се събира отдолу в басейна, изтича в предната камера 10, а оттам се подава към кондензатора 12 от циркулационната помпа 9 (фиг. 3.2).

Заедно с циркулационната вода се използва водоснабдяване с директен поток, при което охлаждащата вода влиза в кондензатора от реката и се изпуска в него надолу по течението. Парата, идваща от турбината в пръстена на кондензатора, кондензира и тече надолу; Полученият кондензат се подава от кондензна помпа 6 през група регенеративни нагреватели с ниско налягане (LPH) 3 към деаератора 8. В LPH температурата на кондензата се повишава поради топлината на кондензация на парата, взета от турбина. Това дава възможност да се намали разходът на гориво в котела и да се увеличи ефективността на електроцентралата. В деаератор 8 се извършва обезвъздушаване - отстраняване от кондензата на разтворени в него газове, които нарушават работата на котела. В същото време резервоарът на обезвъздушителя е контейнер за захранваща вода за котела.

От деаератора захранващата вода се подава към група нагреватели с високо налягане (HPH) чрез захранваща помпа 7, задвижвана от електрически двигател или специална парна турбина.

Регенеративното нагряване на кондензат в HDPE и HDPE е основният и много печеливш начин за повишаване на ефективността на топлоелектрическите централи. Парата, която се разширява в турбината от входа към извличащия тръбопровод, генерира определена мощност и при навлизане в регенеративния нагревател прехвърля своята кондензационна топлина към захранващата вода (а не към охлаждащата вода!), повишавайки нейната температура и по този начин спестяване на разход на гориво в котела. Температурата на захранващата вода на котела зад HPH, т.е. преди да влезе в котела, е 240–280°C, в зависимост от първоначалните параметри. По този начин се затваря технологичният цикъл пара-вода на преобразуване на химическата енергия на горивото в механична енергия на въртене на ротора на турбината.

Предназначение на ТЕЦсе състои от преобразуване на химическата енергия на горивото в електрическа енергия. Тъй като се оказва практически невъзможно да се извърши такава трансформация директно, е необходимо първо да се преобразува химическата енергия на горивото в топлина, която се получава при изгарянето на горивото, след това да се преобразува топлината в механична енергия и накрая, преобразува последното в електрическа енергия.

Фигурата по-долу показва най-простата схема на топлинната част на електрическа централа, често наричана парна електроцентрала. Горивото се изгаря в пещ. При което . Получената топлина се предава на водата в парния котел. В резултат на това водата се нагрява и след това се изпарява, образувайки така наречената наситена пара, тоест пара със същата температура като вряща вода. След това към наситената пара се подава топлина, което води до образуването на прегрята пара, т.е. пара, която има по-висока температура от водата, изпаряваща се при същото налягане. Прегрятата пара се получава от наситена пара в прегревател, който в повечето случаи е намотка от стоманени тръби. Парата се движи вътре в тръбите, докато отвън намотката се измива от горещи газове.

Ако налягането в котела е равно на атмосферното налягане, тогава водата трябва да се нагрее до температура от 100 ° C; с по-нататъшно нагряване ще започне да се изпарява бързо. Получената наситена пара също би имала температура 100 ° C. При атмосферно налягане парата ще бъде прегрята, ако температурата й е над 100 ° C. Ако налягането в котела е по-високо от атмосферното, тогава наситената пара има температура над 100 ° C. Температурата на наситените Колкото по-високо е налягането, толкова по-високи са парите. В момента в енергетиката изобщо не се използват парни котли с налягане, близко до атмосферното. Много по-изгодно е да се използват парни котли, предназначени за много по-високо налягане, около 100 атмосфери или повече. Температурата на наситената пара е 310° C или повече.

От прегревателя прегрятата водна пара се подава през стоманен тръбопровод към топлинен двигател, най-често -. В съществуващите парни електроцентрали на електроцентрали почти никога не се използват други двигатели. Прегрятата водна пара, влизаща в топлинен двигател, съдържа голямо количество топлинна енергия, освободена в резултат на изгарянето на горивото. Задачата на топлинния двигател е да преобразува топлинната енергия на парата в механична енергия.

Налягането и температурата на парата на входа на парната турбина, обикновено наричани , са значително по-високи от налягането и температурата на парата на изхода на турбината. Обикновено се наричат ​​налягането и температурата на парата на изхода на парната турбина, равна на налягането и температурата в кондензатора. В момента, както вече беше споменато, енергийната индустрия използва пара с много високи начални параметри, с налягане до 300 атмосфери и температура до 600 ° C. Крайните параметри, напротив, са избрани ниски: налягане от около 0,04 атмосфери, т.е. 25 пъти по-малко от атмосферното, а температурата е около 30 ° C, т.е. близка до температурата на околната среда. Когато парата се разширява в турбина, поради намаляване на налягането и температурата на парата, количеството топлинна енергия, съдържаща се в нея, намалява значително. Тъй като процесът на разширяване на парата протича много бързо, през това много кратко време няма време да се осъществи никакво значително пренасяне на топлина от парата към околната среда. Къде отива излишната топлинна енергия? Известно е, че според основния закон на природата - законът за запазване и трансформация на енергията - е невъзможно да се унищожи или получи „от нищото“ каквото и да е, дори и най-малкото количество енергия. Енергията може да преминава само от един вид в друг. Очевидно в случая имаме работа именно с такъв вид енергийна трансформация. Излишната топлинна енергия, съдържаща се преди това в парата, се е превърнала в механична енергия и може да се използва по наша преценка.

Как работи парната турбина е описано в статията за.

Тук ще кажем само, че парната струя, навлизаща в лопатките на турбината, има много висока скорост, често надвишаваща скоростта на звука. Парната струя завърта диска на парната турбина и вала, на който е монтиран дискът. Валът на турбината може да бъде свързан например към електрическа машина - генератор. Задачата на генератора е да преобразува механичната енергия на въртене на вала в електрическа енергия. Така химическата енергия на горивото в парната електроцентрала се преобразува в механична енергия и след това в електрическа енергия, която може да се съхранява в AC UPS.

Парата, която е свършила работа в двигателя, постъпва в кондензатора. Охлаждащата вода се изпомпва непрекъснато през кондензаторните тръби, обикновено взета от някакъв естествен воден обект: река, езеро, море. Охлаждащата вода отнема топлина от парата, влизаща в кондензатора, в резултат на което парата кондензира, т.е. се превръща във вода. Водата, образувана в резултат на конденза, се изпомпва в парен котел, в който отново се изпарява и целият процес се повтаря отново.

Това по принцип е работата на парната електроцентрала на топлоелектрическа централа. Както можете да видите, парата служи като посредник, така наречената работна течност, с помощта на която химическата енергия на горивото, превърната в топлинна енергия, се преобразува в механична енергия.

Човек, разбира се, не трябва да мисли, че дизайнът на модерен, мощен парен котел или топлинна машина е толкова прост, колкото е показано на фигурата по-горе. Напротив, котелът и турбината, които са най-важните елементи на парната електроцентрала, имат много сложна конструкция.

Сега започваме да обясняваме работата.

Според общоприетото определение, топлоелектрически централи- това са електроцентрали, които генерират електричество чрез преобразуване на химическата енергия на горивото в механична енергия на въртене на вала на електрогенератора.

Първо ТЕЦсе появява в края на 19 век в Ню Йорк (1882 г.), а през 1883 г. е построена първата топлоелектрическа централа в Русия (Санкт Петербург). Още с появата си именно топлоелектрическите централи са получили най-голямо разпространение, предвид непрекъснато нарастващите енергийни нужди от настъпването на техногенната ера. До средата на 70-те години на миналия век работата на топлоелектрическите централи е доминиращ метод за производство на електроенергия. Например в САЩ и СССР делът на топлоелектрическите централи от цялата получена електроенергия е 80%, а в целия свят - около 73-75%.

Даденото по-горе определение, макар и обширно, не винаги е ясно. Ще се опитаме да обясним със собствените си думи общия принцип на работа на топлоелектрическите централи от всякакъв тип.

Производство на електроенергия в ТЕЦпротича през много последователни етапи, но общият принцип на действието му е много прост. Първо, горивото се изгаря в специална горивна камера (парен котел), при което се отделя голямо количество топлина, което превръща водата, циркулираща през специални тръбни системи, разположени вътре в котела, в пара. Постоянно нарастващото налягане на парата завърта ротора на турбината, който предава ротационна енергия на вала на генератора и в резултат на това се генерира електрически ток.

Системата пара/вода е затворена. Парата след преминаване през турбината кондензира и се превръща обратно във вода, която допълнително преминава през нагревателната система и отново постъпва в парния котел.

Има няколко вида топлоелектрически централи. В момента сред топлоелектрическите централи най-много термични парни турбини (TPES). В електроцентралите от този тип топлинната енергия на изгореното гориво се използва в парогенератор, където се постига много високо налягане на водните пари, задвижващи ротора на турбината и съответно генератора. Като гориво такива топлоелектрически централи използват мазут или дизел, както и природен газ, въглища, торф, шисти, с други думи, всички видове гориво. Ефективността на TPES е около 40%, а мощността им може да достигне 3-6 GW.

GRES (държавна районна електроцентрала)- доста добре известно и познато име. Това не е нищо повече от термична парна турбина, оборудвана със специални кондензационни турбини, които не използват енергията на отработените газове и не я превръщат в топлина, например за отопление на сгради. Такива електроцентрали се наричат ​​още кондензационни електроцентрали.

В същия случай, ако TPESоборудвани със специални нагревателни турбини, които преобразуват вторичната енергия на отработената пара в топлинна енергия, използвана за нуждите на общински или промишлени услуги, тогава това са комбинирани топлоелектрически централи или комбинирани топлоелектрически централи. Например в СССР държавните районни електроцентрали представляват около 65% от електроенергията, генерирана от парни турбини, и съответно 35% - за топлоелектрически централи.

Има и други видове топлоелектрически централи. В електроцентралите с газови турбини или GTPP генераторът се върти от газова турбина. Като гориво в такива топлоелектрически централи се използва природен газ или течно гориво (дизел, мазут). Ефективността на такива електроцентрали обаче не е много висока, около 27-29%, така че те се използват главно като резервни източници на електроенергия за покриване на пикови натоварвания на електрическата мрежа или за захранване с електроенергия на малки населени места.

Топлоелектрически централи с парна и газова турбина (ПГЕЦ). Това са електроцентрали от комбиниран тип. Те са оборудвани с паротурбинни и газотурбинни механизми, като ефективността им достига 41-44%. Тези електроцентрали също така позволяват възстановяването на топлината и превръщането й в топлинна енергия, използвана за отопление на сгради.

Основният недостатък на всички топлоелектрически централи е видът на използваното гориво. Всички видове горива, които се използват в топлоелектрическите централи са незаменими природни ресурси, които бавно, но стабилно се изчерпват. Ето защо в момента, наред с използването на атомни електроцентрали, се разработва механизъм за производство на електроенергия от възобновяеми или други алтернативни енергийни източници.